Будущее начинается в пробирке

Будущее начинается в пробирке

826

При слове «генетические эксперименты» перед глазами обывателя начинают всплывать кадры из научно-фантастических фильмов: секретные лаборатории, вооруженная охрана, невероятные мутанты – и непременная строгая табличка «посторонним вход запрещен».

Отчасти это не безосновательно – настоящие ученые полностью поглощены работой и не любят излишнего внимания прессы. Но для медиагруппы «Агробезопасность» нет закрытых дверей!

Мы направились в подмосковный поселок Мосрентген, где находится ООО «Артэмбриоген». Это молодое предприятие является комплексным проектом, который занимается очень широким спектром передовых научных исследований: разработкой техники для выращивания эмбрионов, созданием инновационных IT-решений и непосредственно лабораторной работой в области биологии. Как создать идеальную корову, достичь импортозамещения в животноводстве и победить опасные вирусы? У российских ученых уже есть ответ!

Цех высоких технологий

«Вот здесь у нас сидят программисты, специалисты в области электроники, оптики. Именно здесь происходит основной процесс разработки наших инкубаторов и другого оборудования, которое необходимо для производства эмбрионов человека и животных», – рассказывает Александр Кузнецов, генеральный директор ООО «Артэмбриоген». – Всего у нас в организации работают около 20 человек».

В небольшом кабинете, которое скорее напоминает офис системных администраторов, и творится современная сельскохозяйственная наука. Компания разработала уникальное специализированное оборудование, не имеющее аналогов в мире: планшетные мультибазовые инкубаторы с системой видеонаблюдения. Технология позволяет анализировать развитие эмбрионов на различных стадиях и заблаговременно отбирать лучшие образцы для последующей трансплантации. Интересно, что регистрация состояния зародыша происходит послойно – таким образом, за один цикл, составляющий около шести дней, ученые получают около 9 тысяч изображений каждого эмбриона. Эти невероятные объемы фотоматериалов используются, в частности, для обучения компьютерной нейросети – специализированного программного обеспечения, которое на сегодняшний день может безошибочно определять не только стадии развития зародыша, но и многие маркерные характеристики, от которых зависит вероятность успеха дальнейшей трансплантации.

Сегодня для того, чтобы проанализировать генетику эмбриона, специалистам приходится проводить биопсию. Доказано, что подобное вмешательство пусть и не фатально, но снижает его жизнеспособность. Специалисты «Артэмбриоген» работают над развитием уникальной технологии неинвазивных исследований, которые никак не повредят зародышу. Это станет настоящим прорывом не только в животноводстве, но и в человеческой медицине.

Данную задачу решит внедрение специальных датчиков, которые позволят анализировать не только морфологические характеристики эмбриона, но и его молекулярно-генетические и метаболические показатели. Это позволит уже на самом раннем этапе проводить селекционную работу, отбирая наиболее качественные эмбрионы и проводя отбраковку, а также снизить до минимума вероятность неудачной трансплантации. «На сегодняшний день эффективность ЭКО достигает примерно 40%. Мы считаем, что использование данной технологии увеличит процент выхода беременностей еще на 20–25%, – заявляет Александр Кузнецов. – Также мы разработали мультигазовую станцию, использующую газы из воздуха и из баллонов. Это позволяет смешивать в идеальных пропорциях и не закупать у сторонних производителей смеси, которые обычно используются в ЭКО. Газ в баллонах часто расслаивается, его концентрация меняется, и это приводит к различным негативным последствиям. При использовании станции такого не происходит».

Селекция здоровья

Александр Кузнецов – кандидат медицинских наук. Окончив медицинский университет, поступил в аспирантуру и полностью посвятил себя работе в области генетики. Сегодня он преподает на кафедре молекулярной и клеточной генетики. «Изначально моя научная деятельность была связана с разработками в области клеточной терапии и наследственной патологии, получением клеток для трансплантации, – вспоминает Александр. – Сегодня я продолжаю работу в области медицины человека, но работа в области сельскохозяйственной генетики, получение животных с заданными генетическими свойствами стали одним из важных направлений моей деятельности».

Если говорить о экстракорпоральном оплодотворении (ЭКО), то суть процесса по выращиванию человеческого эмбриона и зародыша животных фактически не имеет отличий. Сперва ЭКО практиковалось исключительно для людей, а затем обрело широкое распространение и в животноводстве.

За минувшие десятилетия технологии существенно шагнули вперед. Например, на первом этапе оплодотворение происходило непосредственно в организме животного. Спустя 3-4 суток эмбрионы вымывались из матки, на протяжении небольшого периода доращивались в лабораторных условиях, а затем трансплантировались коровам-реципиентам. Этот метод называется «in vivo» (в переводе с латыни – «в (на) живом»). Он имеет существенные недостатки – необходимость предварительной гормональной стимуляции животного, что неминуемо вредит его здоровью, а также невозможность контроля процесса на уровне генетики.

Современный метод «in vitro» (с лат. — «в стекле»), при котором оплодотворение происходит в лаборатории в инкубаторе, позволяет получать с одного животного в течение его репродуктивного периода примерно в три раза больше эмбрионов.

«Яйцеклетки добываются методом аспирации с помощью ультразвукового датчика, при этом животное может аспирироваться повторно уже через две недели – и на этот период никак не выбывает из обычного использования на ферме. Более того, в случае, если имеются какие-либо проблемы с репродукцией, заболевания, этот метод позволяет проводить дополнительную профилактику», – рассказывает Александр Кузнецов.

Современные достижения генетики являются серьезным оружием в борьбе с различными инфекциями. Помимо вирусов, периодически попадающих на территорию страны из-за границы, существует большое количество заболеваний скота, которые год за годом отравляют жизнь хозяевам отечественных сельскохозяйственных предприятий. К их числу можно отнести, в частности, лейкоз крупного рогатого скота. Молоко зараженных коров можно употреблять в пищу, но только после предварительной обработки. При этом, по некоторым данным, оно увеличивает риск развития онкологии у женщин.

При помощи современных подходов, в том числе биотехнологий с разработкой новых вакцин, клеточных препаратов, а также методами геномного редактирования, в России возможно создать стадо «безлейкозных» коров – то есть сделать животных полностью невосприимчивыми к этому заболеванию даже при тесном общении с носителями вируса. «Одни гены отвечают за проникновение данного вируса в организм, другие же, напротив, способствуют низкой восприимчивости к заболеванию, – объясняет Александр. – Вот таких животных мы планируем создать для того, чтобы в перспективе полностью решить проблему лейкоза КРС в нашей стране».

На лугу пасутся… клоны

Конечно, оказавшись в стенах предприятия, специализирующегося на генетике, мы просто не могли не затронуть тему клонирования. Как оказалось, за последние 20 лет эта технология получила очень серьезное развитие, и на сегодняшний день уже существует несколько способов создания генетических копий живого организма. Первый, «классический», метод, при котором была получена, к примеру, знаменитая овечка Долли, предполагает, что при помощи микроманипуляторов из соматической (то есть не половой) клетки извлекается ядро и переносится в ооцит — половую клетку. Другой, более современный, вариант куда более прост в исполнении и носит весьма емкое название – «Handmade cloning». Его автором является всемирно известный ученый Габор Вайта.

«Фактически все так и происходит – это действительно «ручная работа», – улыбается Александр. – Вы своими руками, без дорогостоящего оборудования, можете провести операцию по переносу ядра, используя микроскальпель и микропипетку. Затем при помощи аппарата по электрослиянию соматический и герменотивной клеток создается реконструированный эмбрион.  Далее в нем запускается процесс деления. По нашему опыту эта технология оказалась очень эффективной – мы получили около 40% выхода эмбрионов».

Клонирование в сельском хозяйстве позволит воспроизводить наиболее ценных животных с уникальной генетикой, причем клон можно получить и посмертно при помощи соматических клеток, сохраненных в криобанке. Кроме того, теперь возможно получить потомство от тех высокопродуктивных особей, которые по каким-то причинам выпали из репродуктивного цикла.

Вопреки распространенным слухам животные, появившиеся на свет при помощи клонирования, являются генетически полноценными и ничем не отличаются от своих прототипов.  Об этом свидетельствуют сотни экспериментов, проведенных по всему миру.

Широкие перспективы открывает и технология создания животных с заданными генетическими характеристиками.

«Дело в том, что таких животных можно создавать при помощи ЭКО, просто внедряя ту или иную генетическую конструкцию на ранних этапах после оплодотворения, – рассказывает Александр. – Но как показали эксперименты, проведение таких действий над соматической, а не половой клеткой дает лучшие результаты. То есть при помощи клонирования мы с большей вероятностью получаем животное с нужным встроенным геном, которое не только может стать опорой для дальнейших исследований как в медицине, так и биологии, но и решить некоторые актуальные проблемы отрасли».

 Какая она – идеальная корова России?

Одна из важных проблем в современном молочном животноводстве – необходимость пополнения и обновления стада за счет закупки животных за рубежом. Это не только дорого: очень часто качество привезенного генетического материала и свойства заграничных особей оставляют желать лучшего. Возникает вопрос: как же работать над численностью и продуктивностью молочного стада, не прибегая к традиционным иностранным закупкам? И как скоро можно достичь импортозамещения по данному направлению?

Александр Кузнецов уверен – экстракорпоральное оплодотворение является ключом к решению данной проблемы. «Мы можем получать эмбрионы от собственных, отечественных, животных, предварительно отбирая ценные экземпляры из поголовья. Высокая продуктивность коровы прежде всего определяется ее генетикой. Потому перед формированием репродуктивного стада необходимо проводить генотипирование при помощи молекулярных маркеров и исключать из процесса тех животных, которые несут потенциально опасные гены и мутации, способные привести к наследственным патологиям. В настоящее время известно очень много таких заболеваний. Одни встречаются часто, другие реже. Кроме того, при помощи методов генетической селекции возможно сделать так, чтобы данные признаки просто не наследовались последующими поколениями».

Сегодня консервативное сельскохозяйственное сообщество уже пришло к осознанию важности внедрения технологий: пора переходить от количества к качеству и стремиться, в частности, не только к увеличению поголовья, но и к более высокой продуктивности животных и эффективности производств. К тому же, если говорить конкретно о технологии ЭКО, то обновление стада с его помощью обходится производителям примерно в четыре раза дешевле покупки теленка на рынке. При этом по своим свойствам полученное – абсолютно российское! – животное может во много раз превосходить породистых зарубежных буренок.

«Внедрение новых технологий позволит в кратчайшие сроки преодолеть барьер по продуктивности, неэффективному использованию площадей и позволит производителям рационально использовать ресурсы, – рассуждает Александр Кузнецов. – Мы со своей стороны предлагаем не только крупным игрокам рынка, но и мелким хозяйствам поучаствовать в программе. Наши специалисты выезжают на ферму, получают генетический материал, обрабатывают его – и возвращаются назад с качественными, всесторонне проанализированными эмбрионами, которые сразу же трансплантируются коровам. Таким образом, на ферме появляются новые высокопродуктивные животные – с правильной генетикой».

Благодаря науке сегодня любой фермер может заполучить элитную корову и вывести свое хозяйство на качественно новый уровень, причем для этого не требуется серьезных капиталовложений. Это позволяет каждому приобщиться к разведению ценных животных и внести свой вклад в формирование нового отечественного сельского хозяйства, которое не будет зависеть ни от импорта, ни от курсов валют, ни от санкций. Действительно, у нас уже есть все инструменты – нужно просто начать их использовать.